能源和可持續(xù)發(fā)展

1、,,,,,,,,,,,,,,,1.有序、無序的含義“無序”意味著各處一樣、平均、沒有差別，而有序則正好相反.2.熵的含義“有序”和“無序”是相對而言的，是從有序程度上講的，熵是宏觀態(tài)無序程度的量度，熵越高，意味著宏觀態(tài)所對應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目越多，即越無序，熵越低即越有序.,3.熱力學(xué)第二定律的微觀解釋高溫物體和低溫物體中的分子都在做無規(guī)則的熱運(yùn)動，但是高溫物體中分子熱運(yùn)動的平均速率要大于低溫物體.所以在高溫物體分子與低溫物

2、體分子的碰撞過程中，低溫物體分子運(yùn)動的劇烈程度會逐漸加劇，即低溫物體的溫度升高了.而高溫物體分子運(yùn)動的劇烈程度會減緩，即高溫物體的溫度降低了.所以從宏觀熱現(xiàn)象角度來看，熱傳遞具有方向性，總是從高溫物體傳給低溫物體.換一種角度看，初始我們根據(jù)溫度的高低來區(qū)分兩個物體，而終了狀態(tài)兩個物體上的溫度處處相同，無法區(qū)別，我們就說系統(tǒng)的無序程度增加了.,同理可知，在通過做功使系統(tǒng)內(nèi)能增加的過程中，自然過程是大量分子從有序運(yùn)動狀態(tài)向無序

3、運(yùn)動狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程.,4.熱力學(xué)第二定律的微觀意義熱力學(xué)第二定律揭示了涉及熱現(xiàn)象的一切宏觀的自然過程都只能在一個方向上發(fā)生，而不會可逆地在相反的方向上出現(xiàn)，它指出在能量得以平衡的眾多過程中，哪些可能發(fā)生，哪些不可能發(fā)生.自然界涉及熱現(xiàn)象的一切宏觀過程都是不可逆的，宏觀自發(fā)過程的這種方向性(熵增加的方向)，也就成為時間的方向性.所以，“熵”又常常被稱為“時間箭頭”.,【典例1】關(guān)于熱力學(xué)第二定律的微觀意義，下列說法正確的是(

4、 )A.大量分子無規(guī)則的熱運(yùn)動能夠自動轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蜻\(yùn)動B.熱傳遞的自然過程是大量分子從有序運(yùn)動狀態(tài)向無序運(yùn)動狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程C.熱傳遞的自然過程是大量分子從無序程度小的運(yùn)動狀態(tài)向無序程度大的運(yùn)動狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程D.一切自然過程總是沿著分子熱運(yùn)動的無序性增大的方向進(jìn)行,【標(biāo)準(zhǔn)解答】選C、D.分子熱運(yùn)動是大量分子的無規(guī)則運(yùn)動，系統(tǒng)的一個宏觀過程包含著大量的微觀狀態(tài)，這是一個無序的運(yùn)動，根據(jù)熵增加原理，熱運(yùn)動的結(jié)果只能使分子熱運(yùn)動

5、更加無序，而不是變成了有序，熱傳遞的自然過程從微觀上講就是大量分子從無序程度小的運(yùn)動狀態(tài)向無序程度大的運(yùn)動狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程，故選C、D.,【規(guī)律方法】解此類題目要理解好有序和無序，確定某種規(guī)則，符合這個規(guī)則的就是有序的，不符合確定的規(guī)則和要求的分布是無序的.無序意味著各處平均沒有差別；而有序則相反，是按照某種規(guī)則排列的，有序與無序是相對的.,【變式訓(xùn)練】對于孤立體系中發(fā)生的實(shí)際過程，下列說法中正確的是( )A.系統(tǒng)的總

6、熵只能增大，不可能減小B.系統(tǒng)的總熵可能增大，可能不變，還可能減小C.系統(tǒng)逐漸從比較有序的狀態(tài)向更無序的狀態(tài)發(fā)展D.系統(tǒng)逐漸從比較無序的狀態(tài)向更加有序的狀態(tài)發(fā)展【解析】選A、C.在孤立體系中發(fā)生的實(shí)際過程，其系統(tǒng)的總熵是增加的，它不可能減小，故A正確，B錯誤.根據(jù)熵增加原理，該系統(tǒng)只能是從比較有序的狀態(tài)向更無序的狀態(tài)發(fā)展，故C正確，D錯誤.,能源的分類,【典例2】下列關(guān)于能源的說法中正確的是( )A.能源是取之不盡，用之不

7、竭的B.能源是有限的，特別是常規(guī)能源，如煤、石油、天然氣等C.大量消耗常規(guī)能源會使環(huán)境惡化，故提倡開發(fā)利用新能源D.核能的利用對環(huán)境的影響比燃燒石油、煤炭大 【解題指導(dǎo)】能源是有限的，無限制使用常規(guī)能源會嚴(yán)重破壞環(huán)境.【標(biāo)準(zhǔn)解答】選B、C.盡管能量守恒，但耗散能量無法重新收集利用，所以能源是有限的，特別是常規(guī)能源，A錯，B對；常規(guī)能源的利用比新能源核能的利用對環(huán)境影響大，C對，D錯.,【規(guī)律方法】能量與能源的區(qū)別

8、(1)能量是守恒的，既不會增加也不會減少.(2)能源是可以提供可利用能量的物質(zhì).(3)能量耗散，能量總量不變，但能量品質(zhì)會下降即能源減少，故我們要節(jié)約能量.,【變式訓(xùn)練】關(guān)于“溫室效應(yīng)”，下列說法正確的是( )A.太陽能源源不斷地輻射到地球上， 由此產(chǎn)生了“溫室效應(yīng)”B.石油和煤炭燃燒時產(chǎn)生的二氧化碳增加了大氣中二氧化碳的含量，由此產(chǎn)生了“溫室效應(yīng)”C.“溫室效應(yīng)”使得地面氣溫上升、兩極冰雪融化D.“溫室效應(yīng)”使得

9、土壤酸化,【解析】選B、C.“溫室效應(yīng)”的產(chǎn)生是由于石油和煤炭等燃燒時產(chǎn)生的二氧化碳增加了大氣中二氧化碳的含量，它的危害是使地面氣溫上升，兩極冰雪融化、海平面上升，淹沒沿海城市、海水向河流倒灌、耕地鹽堿化等，故B、C選項(xiàng)正確.,【變式備選】(2011·泉州高二檢測)下列對能量耗散的理解正確的有( )A.能量耗散說明能量在不斷減少B.能量耗散遵守能量守恒定律C.能量耗散說明能量不能憑空產(chǎn)生，但可以憑空消失D.能量耗

10、散從能量角度反映出自然界的宏觀過程具有方向性【解析】選B、D.在發(fā)生能量轉(zhuǎn)化的宏觀過程中，其他形式的能量最終會轉(zhuǎn)化為流散到周圍環(huán)境的內(nèi)能，無法再回收利用，這種現(xiàn)象叫能量耗散.能量耗散并不違反能量守恒定律，宇宙的能量既沒有減少，也沒有消失，它只從能量角度反映出自然界的宏觀過程具有方向性，故A、C錯.,【典例3】下列關(guān)于熵的有關(guān)說法正確的是( )A.熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動無序性的量度B.在任何過程中熵總是增加的C.熱力學(xué)第二

11、定律也叫做熵減小原理D.熵值越大表示系統(tǒng)越有序【解題指導(dǎo)】熵是反映系統(tǒng)無序程度的物理量，熵越大，無序程度越大，一個孤立的系統(tǒng)熵永遠(yuǎn)不會減小.,【標(biāo)準(zhǔn)解答】選A.根據(jù)熵的定義知A正確.從熵的意義上說，系統(tǒng)自發(fā)變化時總是向著熵增加的方向發(fā)展，但人為干預(yù)的過程或非獨(dú)立系統(tǒng)熵有可能減少，B錯誤.熱力學(xué)第二定律也叫熵增加原理，C錯誤.熵越大，系統(tǒng)越混亂，無序程度越大，D錯誤.故選A.,一、選擇題1.下列關(guān)于熱力學(xué)第二定律微觀意義的

12、說法正確的是( )A.從微觀的角度看，熱力學(xué)第二定律是一個統(tǒng)計規(guī)律B.一切自然過程總是沿著分子熱運(yùn)動無序性減小的方向進(jìn)行C.有的自然過程沿著分子熱運(yùn)動無序性增大的方向進(jìn)行，有的自然過程沿著分子熱運(yùn)動無序性減小的方向進(jìn)行D.在任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的總熵會減小,【解析】選A.從熱力學(xué)第二定律的微觀本質(zhì)看，一切不可逆過程總是沿著大量分子熱運(yùn)動無序程度增大的方向進(jìn)行，B、C錯；熱力學(xué)第二定律是一個統(tǒng)計規(guī)律，A對.任何自

13、然過程總是朝著無序程度增大的方向進(jìn)行，也就是熵增加的方向進(jìn)行，故D錯.所以選A.,2.已知一個系統(tǒng)的兩個宏觀態(tài)甲、乙，及對應(yīng)微觀態(tài)的個數(shù)分別為較少、較多，則下列關(guān)于對兩個宏觀態(tài)的描述及過程自發(fā)的可能方向的說法中正確的是( )A.甲比較有序，乙比較無序，甲→乙B.甲比較無序，乙比較有序，甲→乙C.甲比較有序，乙比較無序，乙→甲D.甲比較無序，乙比較有序，乙→甲,【解析】選A.一個宏觀態(tài)對應(yīng)微觀態(tài)的多少標(biāo)志了宏觀態(tài)的無

14、序程度，從中還可以推知系統(tǒng)自發(fā)的方向，微觀態(tài)數(shù)目越多，表示越無序，一切自然過程總沿著無序性增大的方向進(jìn)行，A對，B、C、D錯.,3.下列哪些現(xiàn)象能夠發(fā)生，并且不違背熱力學(xué)第二定律( )A.一杯熱茶在打開杯蓋后，茶會自動變得更熱B.蒸汽機(jī)把蒸汽的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能C.桶中混濁的泥水在靜置一段時間后，泥沙下沉，上面的水變清，泥、水自動分離D.電冰箱通電后把箱內(nèi)低溫物體的熱量傳到箱外高溫物體【解析】選C、D.A、B都違背

15、了熱力學(xué)第二定律，都不能發(fā)生.C中系統(tǒng)的勢能減少了，D中消耗了電能，所以不違背熱力學(xué)第二定律，均能發(fā)生.,4.如圖所示，兩個相通的容器P、Q間裝有閥門K，P中充滿氣體，Q內(nèi)為真空，整個系統(tǒng)與外界沒有熱交換.打開閥門K后，P中的氣體進(jìn)入Q中，最終達(dá)到平衡，則( )A.氣體體積膨脹，內(nèi)能增加B.氣體分子勢能減少，內(nèi)能增加C.氣體分子勢能增加，壓強(qiáng)可能不變D.Q中氣體不可能自發(fā)地全部退回到P中,【解析】選D.據(jù)熱力學(xué)第二定

16、律知，自然界涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性，D項(xiàng)正確.容器內(nèi)氣體自由膨脹，氣體與外界之間不做功也沒有熱交換，故氣體的內(nèi)能不變，A項(xiàng)不正確.氣體分子間作用力很弱，氣體體積變化時，氣體分子勢能可認(rèn)為不變，B、C項(xiàng)也不正確.,5.水力發(fā)電站的電能最終來自于( )A.太陽能 B.水的動能C.水的勢能 D.水的內(nèi)能【解析】選A.煤、石油、水力等能源最終來自于太陽能.是太陽能將水蒸發(fā)到

17、高處，然后再降落到地面各處，匯成江河湖海，高處的水向低處流就具有了水能，從而用于發(fā)電.,6.(2011·衡陽高二檢測)CO2氣體有個“怪脾氣”，它幾乎不吸收太陽的短波輻射，大氣中CO2濃度增加能使地表溫度因受太陽的輻射而上升；另外，它還有強(qiáng)烈吸收地面紅外熱輻射的作用，阻礙了地球周圍的熱量向外層空間的排放，使整個地球就像一個大溫室一樣，因此，大氣中二氧化碳?xì)怏w濃度的急劇增加會導(dǎo)致氣溫的逐步上升，使全球氣候變暖.為了減緩大氣中CO

18、2濃度的增加，以下措施中可行且有效的是( )A.禁止使用煤、石油和天然氣B.開發(fā)使用核能、太陽能C.將汽車燃料由汽油改為液化石油氣D.植樹造林,【解析】選B、D.可行且行之有效的措施是開發(fā)新能源以便減少對常規(guī)能源的利用，減少CO2的排放；植樹造林可以吸收空氣中的CO2，所以選B、D.題中A、C兩項(xiàng)措施雖然有效，但并不可行.,7.以下說法正確的是( )A.熱量自發(fā)地從甲物體傳到乙物體，甲的內(nèi)能不一定比乙大B.汽油是一種

19、清潔能源C.水能是可再生能源，所以可制造一臺利用水能的機(jī)器，效率可達(dá)100%D.煤、石油等常規(guī)能源是取之不盡、用之不竭的,【解析】選A.熱量自發(fā)地從甲傳到乙，說明甲的溫度高于乙的溫度，但物體的內(nèi)能除與溫度有關(guān)外，還與物體體積及物質(zhì)的量等因素有關(guān)，甲的內(nèi)能不一定大于乙的內(nèi)能，A對；汽油燃燒會引起一些化合物的產(chǎn)生，導(dǎo)致有毒氣體的生成，B錯；水能雖然是可再生能源，由熱力學(xué)第二定律可知， 效率不可能達(dá)到100%，C錯；煤、石油等

20、存量是有限的，是不可再生能源，D錯.,8.酸雨對植物的正常生長影響很大，為了減少酸雨的影響，應(yīng)采取的措施是( )①少用煤作燃料；②燃料脫硫；③在已經(jīng)酸化的土壤中加石灰；④多種植美人蕉、銀杏等植物；⑤開發(fā)新能源；⑥多種植法國梧桐、檸檬等植物.A.①②④⑤ B.①②⑤⑥C.①②③④⑤ D.①②③⑤⑥,【解析】選A.酸雨主要是由煤、石油等燃料尤其是煤燃燒所釋放的SO2和氮氧

21、化物在降水過程中溶入雨水形成的.因而為減少酸雨的影響，少用煤作燃料和燃料脫硫是有效的方法.開發(fā)新能源也是減少煤使用量的方法，另外美人蕉和銀杏對SO2有較強(qiáng)的吸收能力，所以①②④⑤正確，應(yīng)選A.,二、非選擇題9.成語“覆水難收”指的是一盆水潑出后是不可能再回到盆中的.請從不同宏觀態(tài)所對應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目不同這個角度,解釋為什么水不會自發(fā)地聚到盆中.【解析】由于盆的形狀確定，水在盆中所處的宏觀態(tài)對應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目少，較為有序.當(dāng)把

22、水潑出后，它的形狀不受盆的限制，各種可能的形狀都有，此時所處的宏觀態(tài)對應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目將變得非常多，較為無序.因?yàn)樽园l(fā)的過程總是從有序向著無序發(fā)展，所以水不會自發(fā)地聚到盆中.答案：見解析,10.(2011·東城區(qū)高二檢測)隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車數(shù)量迅猛增長，汽車排放的尾氣造成的空氣污染越來越嚴(yán)重.據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，汽車尾氣排放造成的空氣污染目前已占整個污染源的一半以上.在這種情況下，目前研制開發(fā)的太陽能汽車具有更好的發(fā)展

23、前景.如圖所示是某研究所研制的太陽能汽車，它是利用太陽能電池將接收到的太陽能轉(zhuǎn)化為電能，再利用電動機(jī)來驅(qū)動的一種新型汽車.設(shè)太陽光照射到電池板上的輻射功率為7 kW.在晴朗的天氣里，太陽能電池對著太陽時產(chǎn)生的電壓為160 V,并對車上的電動機(jī)提供12 A的電流，請你求出：,(1)在這種情況下電動機(jī)消耗的電功率是多大？(2)如果這輛汽車的電動機(jī)將電能最終轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為75%，當(dāng)汽車在水平路面上勻速行駛時，受到的牽引力為18

24、0 N,則在1 min內(nèi)這輛汽車行駛了多少米？,【解析】(1)電動機(jī)消耗的電功率P=UI=160 V×12 A=1 920 W(2)由P=W/t得W電＝Pt＝1 920 W×60 s=115 200 J由題意W機(jī)＝W電η=115 200 J×75%=86 400 J又由W=Fs得汽車行駛的距離s=W機(jī)/F=86 400/180 m=480 m答案：(1)1 920 W (2)480 m,